俄勒岡州立大學的一位科學家正在領導一項新的研究，旨在揭開塵埃在維持全球海洋生態系統和控制大氣二氧化碳水平方面的作用。研究人員早就意識到，浮游植物是居住在海洋頂層的類似植物的生物，是海洋食物鏈的基礎，它們依靠來自陸地的塵埃獲得必要的營養。然而，在全球范圍內量化這種塵埃--來自土壤等來源的顆粒被風攜帶并影響地球的氣候--的影響程度和規模已被證明是具有挑戰性的。

俄勒岡州立大學的海洋學家、剛剛在《科學》雜志上發表的論文的主要作者Toby Westberry說："這確實是第一次利用現代觀測記錄和在全球范圍內表明，沉積在海洋上的灰塵所攜帶的營養物質正在表面海洋生物學中產生反應。"

海洋在碳循環中發揮著重要作用;來自大氣層的二氧化碳溶解在表層水域，浮游植物通過光合作用將碳變成有機物。一些新形成的有機物從表層海洋下沉到深海，在那里被鎖住，這一途徑被稱為生物泵。

在這篇新論文中，Westberry和其他來自俄勒岡州、馬里蘭大學、巴爾的摩縣和美國宇航局戈達德太空飛行中心的科學家估計，塵埃的沉積支持了全球每年碳輸出量的4.5%，或碳匯。他們發現，這一貢獻的區域差異可能要高得多，接近20%至40%。

"這很重要，因為它是將碳從大氣中排出并下沉到深海的一個途徑，"Westberry說。"生物泵是控制大氣中二氧化碳的關鍵之一，而大氣中的二氧化碳是推動全球變暖和氣候變化的主導因素。"

在海洋中，浮游植物生長的重要營養物質主要是通過這些營養物質從深海向海面的物理運動提供的，這一過程被稱為混合或上涌。但是一些營養物質也是通過大氣中的塵埃提供的。

迄今為止，人們對自然海洋生態系統對大氣輸入的反應的理解僅限于單一的大型事件，如野火、火山爆發和極端沙塵暴。事實上，Westberry和其他人以前的研究考察了2008年阿拉斯加西南部Kasatochi島的火山爆發后的生態系統反應。

在新的論文中，Westberry和俄勒岡州植物學和植物病理學系教授Michael Behrenfeld，以及來自UMBC和NASA的科學家在過去的研究基礎上，研究了全球浮游植物的反應。

Westberry和Behrenfeld的工作重點是利用衛星數據來研究灰塵輸入后海洋顏色的變化。海洋顏色圖像每天都在全球海洋中收集，并報告浮游植物的豐度及其整體健康狀況的變化。例如，更綠的水通常對應著豐富和健康的浮游植物種群，而更藍的水代表著浮游植物稀少且經常營養不良的地區。

UMBC和NASA的科學家們將他們的努力集中在模擬灰塵運輸和沉積到海洋表面。

"確定有多少灰塵沉積到海洋中是很難的，因為大部分沉積發生在暴雨期間，而衛星無法看到灰塵。這就是為什么我們轉向了一個模型，"UMBC的Lorraine Remer說，他是由UMBC領導的財團--戈達德地球科學第二技術研究中心的研究教授。UMBC團隊利用觀察結果來確認NASA的一個全球模型，然后將其結果納入研究。

通過合作，研究小組發現，浮游植物對塵埃沉積的反應因地點而異。

在低緯度海洋地區，灰塵輸入的特征主要表現為浮游植物健康的改善，但不是豐度。相反，高緯度水域的浮游植物在提供灰塵時，往往顯示出健康的改善和豐度的增加。這種對比反映了浮游植物和吃它們的動物之間的不同關系。

低緯度環境往往更穩定，導致浮游植物的生長和捕食之間的緊密平衡。因此，當灰塵改善了浮游植物的健康或生長速度時，這種新的生產被迅速消耗，并幾乎立即轉移到食物鏈上。在高緯度地區，由于環境條件不斷變化，浮游植物和它們的捕食者之間的聯系比較薄弱。因此，當灰塵刺激浮游植物的生長時，捕食者就會落后一步，浮游植物種群就會表現出健康的改善和豐度的增加。

研究小組正在繼續這項研究，引入改進的建模工具，并為美國宇航局即將到來的浮游生物、氣溶膠、云、海洋生態系統(PACE)衛星任務提供更先進的衛星數據做準備，其中一些數據將由UMBC設計和建造的HARP2儀器收集。

"Westberry說："目前的分析表明，海洋生物對大氣輸入的巨大動態范圍有可測量的反應。我們預計，隨著地球繼續變暖，大氣和海洋之間的這種聯系將會改變。"

關鍵詞： 灰塵作用 海洋生態系統 氣候變化